CN116645854A - 一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置及检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对环境化爆模拟实验进行校核的检验装置，具体涉及一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置及检验方法。解决了现有检验方法存在校核结果可信度低，以及成本高、模拟结果不准确的技术问题。本发明装置包括载荷模拟单元、覆土模拟单元和起爆测试单元；载荷模拟单元包括基座、爆炸腔体、填充材料和爆炸源组件；爆炸腔体套装在基座上并可调节两者的相对高度；覆土模拟单元包括框架结构、底板和填土；基座、爆炸腔体、底板和框架结构形成封闭的爆炸内腔；爆炸源组件通过填充材料固定在爆炸内腔内；填土填装在框架结构内；起爆测试单元包括压力传感器、起爆线、数据采集设备和起爆器；数据采集设备分别与压力传感器和起爆器电连接。

Description

一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置及检验方法

技术领域

本发明涉及一种对地表冲击波环境化爆模拟实验的加载方案及实验参数进行校核的检验装置，具体涉及一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置及检验方法。

背景技术

大当量爆炸下材料及结构的力学特性及动力学响应过程是爆炸实验力学研究的一类经典课题。大当量触地或近地爆炸发生时，爆炸能量将以冲击波的形式向外传播并发散，其中一部分直接作用于地面，形成直接地冲击，而另一部分则耦合至空气并向外发散，在其沿地表传播路径上，将会形成一种低幅值，长脉宽的附加脉冲载荷，即地表冲击波环境。在实际研究中，考虑到真实地表冲击波环境构筑存在实验场地选择困难、实验成本高、影响范围大的问题，在实际研究中，通常采用模拟实验方法构筑地表冲击波环境。

目前，常用的载荷模拟方法包括小比例尺模型实验以及离心模型实验，该两种等效是以量纲分析方法为基础，通过尺寸缩放来实现实验物理问题的等效。其中小比例尺模型实验，难以正确模拟实际的重力效应，实验结果的准确性和真实可靠性有待探讨。而离心模型实验的实施通常依赖于离心机，因而需要将结构缩放至实验室水平，对于爆心距远大于结构尺寸的地表冲击波加载问题，由于尺寸缩放是对实验结构及爆心距等比例缩放，考虑到结构及加工尺寸有限，缩放后实验尺寸仍难以达到实验室级别；此外，在缩放后结构还应满足材料力学的等效性，对于某些复杂结构，等效力学性能的结构或材料构筑仍存在很大技术困难。

现有技术提供了一种采用空腔内炸药阵列起爆，覆盖土层保压的原位实验方法，可以通过小当量爆炸构筑真实的地表冲击波环境，相比于大当量爆炸实验具有可控性好、安全性高及实验成本低等优点。由于该实验方法所模拟的爆炸初始压力及压力衰减过程受到炸药装药密度、炸药类型、填土厚度、填土力学性能等多个非线性因素的影响，在实际实施中，需要预先对原位实验的加载方案及实验参数进行校核，以保证原位实验达到预期效果。目前原位实验的加载方案及实验参数常通过数值模拟方法及原位小范围实验进行确定，但该类方法在实施中仍存在以下问题：

(1)数值模拟方法虽然成本低，但考虑到选用参数及物态模型常与实际情况存在一定区别，因而结果可信度有待商榷；

(2)原位小范围实验虽然在理论上可以检验数值模拟方法所得实验方案及参数的可靠性，但该种方法需要在野外开展实验，实验实施人力及经济成本较高，其次，小范围原位实验加载时，空腔的边界效应较为明显，因此模拟结果常会低于实际加载实验。

发明内容

本发明的目的解决数值模拟方法及原位小范围实验校核方法存在校核结果可信度难以保证，以及野外模拟实验成本较高、模拟结果不准确的技术问题，而提供一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置及检验方法。本发明实验检验装置及检验方法采用刚性结构近似模拟对称边界条件，从而在实验室即可实现大面积地表冲击波化爆模拟实验的等效模拟，无需在野外开展实验，可大大的减少人力及经济成本较高，同时确保模拟结果的准确性。

本发明的技术解决方案是：

本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特殊之处在于：包括载荷模拟单元、覆土模拟单元和起爆测试单元；

所述载荷模拟单元包括基座、两端开口的爆炸腔体、填充材料和爆炸源组件；

所述爆炸源组件包括炸药和起爆雷管；

所述爆炸腔体下部的内型面与基座上部的外型面适配，爆炸腔体下部密封套装在基座上并且可沿基座上下移动，进而调节爆炸腔体与基座的相对高度；

所述覆土模拟单元包括两端开口的框架结构、底板和填土；

所述框架结构的下端与爆炸腔体的上端密封固连；

所述底板密封设置在框架结构内靠近下端面位置，且基座上端、爆炸腔体、底板和框架结构形成封闭的爆炸内腔；

所述爆炸源组件通过填充材料固定在爆炸内腔内，并使爆炸中心点位于爆炸内腔中心位置处；

所述填土填装在框架结构内，用于等效模拟大型原位加载实验的顶部覆土；

所述起爆测试单元包括压力传感器、起爆线、数据采集设备和起爆器；

所述压力传感器用于测量爆炸内腔的压力变化；

所述起爆雷管通过起爆线与起爆器电连接；

所述数据采集设备分别与压力传感器和起爆器电连接。

进一步地，所述载荷模拟单元还包括调节螺栓组件，调节螺栓组件用于支撑爆炸腔体以及调节爆炸腔体与基座的相对高度；所述基座的下端沿周向设置有向外延伸的第一连接耳；所述爆炸腔体的下端设置有与第一连接耳对应的第二连接耳；所述两个第一连接耳与对应的第二连接耳通过调节螺栓组件连接。

进一步地，所述调节螺栓组件包括多个双螺母螺栓和四个三螺母螺栓；所述四个三螺母螺栓分别分布在两个第一连接耳和对应第二连接耳的角部，每个三螺母螺栓依次穿过第一连接耳的角部和对应的第二连接耳角部紧固，且三螺母螺栓的中间螺母上端面与第二连接耳角部的下端面接触，用于支撑爆炸腔体；所述多个双螺母螺栓均匀分布三螺母螺栓之间，每个双螺母螺栓依次穿过第一连接耳和对应的第二连接耳紧固。

进一步地，所述起爆测试单元还包括传感器安装座；所述传感器安装座设置在基座的上端；所述压力传感器安装在传感器安装座上。

进一步地，所述载荷模拟单元还包括堵头螺母；所述爆炸腔体的侧面设置有螺纹孔；所述堵头螺母固连在爆炸腔体侧面的螺纹孔内；所述堵头螺母的中心沿轴向设置有导线孔，所述起爆线的前端与爆炸源组件连接，后端通过导线孔引出与起爆器电连接。

进一步地，所述基座的中心设置有贯通上下且同轴的台阶孔，台阶孔的大端位于上方，台阶孔的大端为传感器座安装孔，小端为引线孔；所述传感器座安装孔的内径与传感器安装座外径尺寸适配，传感器安装座设置在传感器座安装孔内；所述基座的底面开设有从引线孔下端到基座边部的引线槽；所述压力传感器的信号传输线沿引线孔和引线槽引出与数据采集设备电连接。

进一步地，所述框架结构的内侧面设置有沿高度方向的标尺；所述爆炸腔体上端的内侧面沿周向设置有台阶结构，台阶面上设置有与框架结构的下端面适配的方形凹槽，所述框架结构的下端面与方形凹槽槽底密封固连；所述基座与爆炸腔体的连接处之间设置有多个第一密封圈；所述基座与传感器安装座的连接处之间设置有第二密封圈；所述框架结构下端面与方形凹槽槽底的连接处之间设置有第三密封圈；所述框架结构的内侧面靠近下端面位置处设置有径向延伸且位于同一水平高度的多个挡块，所述底板放置在多个挡块上。

进一步地，所述框架结构包括两个相对设置的第一挡土板和两个相对设置的第二挡土板，两个第一挡土板和两个第二挡土板合围固定形成矩形框架结构；所述标尺设置在两个第二挡土板的内侧面，所述多个挡块设置在两个第二挡土板下端的内侧面和/或两个第一挡土板下端的内侧面挡块；两个所述第二挡土板的上端分别设置有吊装孔；所述底板为金属方板，金属方板边缘固结有耐高温橡胶；所述传感器安装座中部同轴设置有传感器安装孔和进气孔，进气孔尺寸小于传感器安装孔；所述进气孔靠近爆炸内腔设置且与爆炸内腔连通，所述压力传感器的敏感面对应进气孔设置；所述进气孔为螺纹孔，用于实验结束后将螺钉拧入进气孔将传感器安装座从基座上拔出。

进一步地，所述覆土模拟单元还包括四个连接板；所述连接板包括竖板和固连设置在竖板下端的横板；所述四个竖板分别与两个第一挡土板和两个第二挡土板的外侧面固连；所述爆炸腔体上端设置有与四个横板对应的外沿，四个横板和爆炸腔体上端四个外沿通过螺钉固连。

本发明还提供了一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验方法，基于上述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1)根据原位实验要求设计爆炸腔体与基座的相对高度位置数据、填土的填装厚度和炸药量；

S2)将各单元进行组装

根据步骤S1)中相对高度位置数据调节爆炸腔体的高度位置；根据炸药量设置爆炸源组件，采用填充材料固定爆炸源组件位置；按照填装厚度将填土填装入框架结构；

S3)启动数据采集设备，随后使用起爆器控制起爆雷管引爆炸药；采用数据采集设备记录压力传感器采集的压力衰减波形及起爆器的起爆时间信号；对采集的压力衰减波形及起爆时间信号进行处理，得到模拟载荷时程曲线，将模拟载荷时程曲线与对应原位实验预期得到的载荷时间历程进行对比，若曲线衰减规律基本一致，且任意时刻模拟载荷时程曲线与对应原位实验预期得到的载荷时间历程差距小于10％，则方案合理；否则不合理；完成地表冲击波环境化爆模拟实验检验。

本发明的有益效果：

1、本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，包括载荷模拟单元、覆土模拟单元、起爆测试单元，该装置采用刚性结构近似模拟对称边界条件，从而在实验室实现大面积地表冲击波化爆模拟实验的等效模拟，能通过载荷模拟单元实现大型地表冲击波加载实验设计加载条件的模拟，并通过覆土模拟单元模拟大型地表冲击波加载实验回填介质在爆炸加载下的动态响应过程，适用于不同空腔高度、填土厚度、装药密度的加载工况，检验过程可控性强，操作简单，结构成本低廉，可重复使用。

2、本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，基座与爆炸腔体的连接处之间设置有多个第一密封圈，防止接缝位置产生气体泄漏，保证装置模拟压力变化规律的准确性；传感器安装孔为沉头通孔，基座底部设置有导线槽，保证传感器安装及接线过程方便。

3、本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，爆炸腔体上端的内侧面沿周向设置有台阶结构，台阶面上设置方形凹槽，方形凹槽尺寸与方框结构下端结构尺寸一致，保证安装精度准确，方形凹槽内部设置有方形密封槽，用于安装密封圈，提高结构密封性，增加实验精度。

4、本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，载荷模拟单元中用于连接基座和爆炸腔体的调节螺栓组件包括双螺母螺栓和三螺母螺栓，其中三螺母螺栓位于连接基座和爆炸腔体四个角点的连接孔处，可对连接基座和爆炸腔体的配合高度进行调节，进而调节爆炸空腔的高度；双螺母螺栓位于连接基座和爆炸腔体的其余连接孔处，保证连接基座和爆炸腔体之间的拉伸刚度，减少爆炸加载下结构的变形，保证实验精度。

5、本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，框架结构由第一挡土板和第二挡土板合围构成，该种分体式设计可提高结构的可互换性，减少维护成本。

6、本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，框架结构内表面沿高度方向设置有标尺，方便在实验实施时快速确定填土高度，提高实验实施效率。

7、本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，第二挡土板底部焊接有两个方形小挡块，使得底板可以有效固定在第一挡土板和第二挡土板形成的空腔底部，保证实验前后填土填装和更换的便利性；第二挡土板上端设置有吊装孔，进一步提高操作便利性。

8、本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，底板为金属方板，方板边缘固结有耐高温橡胶，利用橡胶可变形性降低第一挡土板和第二挡土板加工精度需求，防止实验中底板卡死在第一挡土板和第二挡土板形成的空腔内部，提高实验可靠性和结构的变形容限。

9、本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，传感器安装座中间设置有传感器安装孔和进气孔，进气孔尺寸小于传感器安装孔，通过减小进气量来限制爆炸冲击波高频高幅值波头直接作用于传感器，提高传感器使用寿命，且进气孔为螺纹孔，可通过螺纹拧入并提拉的方式将传感器安装座从基座顶部拆下，提高操作便捷性。

10、本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验方法，操作简单，检验结果准确可靠。

附图说明

图1为本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中载荷模拟单元的剖视图；

图3为本发明实施例中基座的结构示意图；

图4为本发明实施例中基座的剖视图；

图5为本发明实施例中基座的仰视图；

图6为本发明实施例中爆炸腔体的结构示意图；

图7为本发明实施例中爆炸腔体的剖视图；

图8为本发明实施例中第一挡土板和第二挡土板的装配图；

图9为本发明实施例中第一挡土板的零件图；

图10为本发明实施例中第二挡土板的零件图；

图11为本发明实施例中传感器安装座和压力传感器的装配图。

附图标记：1-基座，2-爆炸腔体，3-填充材料，4-爆炸源组件，5-调节螺栓组件，6-第一挡土板，7-第二挡土板，8-填土，9-底板，10-连接板，11-压力传感器，12-传感器安装座，13-堵头螺母，14-起爆线，15-数据采集设备，16-起爆器。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明进行详细的说明。

本发明一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，包括载荷模拟单元、覆土模拟单元和起爆测试单元。

载荷模拟单元包括基座1、两端开口的爆炸腔体2、填充材料3、爆炸源组件4、调节螺栓组件5和堵头螺母13。爆炸源组件4通过填充材料3固定在爆炸内腔内，并使爆炸中心点位于爆炸内腔中心位置处其中，爆炸源组件4包括炸药和起爆雷管。

基座1的横截面为方形，基座1的下端沿周向设置有向外延伸的第一连接耳。基座1的中心设置有贯通上下且同轴的台阶孔，台阶孔为沉头通孔。台阶孔包括位于上方的传感器座安装孔和位于下方的引线孔。基座1的传感器座安装孔为光孔，其内径与传感器安装座12外径尺寸适配，传感器安装座12间隙配合设置在传感器座安装孔内。基座1的底面开设有从引线孔下端到基座1边部的引线槽；压力传感器11的信号传输线沿引线孔和引线槽引出与数据采集设备15电连接。基座1与调节螺栓组件5连接的连接孔为略大于调节螺栓组件5螺栓头的六边形沉头孔，使得螺钉在拧紧时能卡入基座1底部，一方面，螺栓嵌入沉头孔内，基座1摆放将不受螺栓头影响，提高其稳定性，另一方面，螺栓在拧紧时可由六边形沉头孔边缘限制其转动，减少螺栓拆装过程中的基座1搬动，使操作更加省力。

爆炸腔体2下部的内型面与基座1上部的外型面适配，爆炸腔体2下部密封套装在基座1上，并可根据要求调节调节螺栓组件5，使爆炸腔体2沿基座1上下移动，进而调节爆炸腔体2与基座1的相对高度。爆炸腔体2的下端设置有与第一连接耳对应的第二连接耳，第一连接耳与第二连接耳通过调节螺栓组件5连接。爆炸腔体2的侧面设置有与堵头螺母13适配的螺纹孔。爆炸腔体2上端的内侧面沿周向设置有台阶结构，台阶面上设置有与框架结构的下端面适配的方形凹槽，框架结构的下端面与方形凹槽槽底密封固连。爆炸腔体2上端设置有与四个连接板10的横板分别对应的外沿。

调节螺栓组件5用于调节爆炸腔体2的高度位置以及对爆炸腔体2起固定支撑作用，其包括多个双螺母螺栓和四个三螺母螺栓。其中，三螺母螺栓包括一个螺钉和三个螺母；四个三螺母螺栓分别分布在第一连接耳和第二连接耳的角部，每个三螺母螺栓依次穿过第一连接耳的角部和对应的第二连接耳角部紧固，每个三螺母螺栓中的三个螺母分别位于第一连接耳上表面、第二连接耳的上表面和第二连接耳的下表面，且三螺母螺栓的中间螺母上端面与第二连接耳角部的下端面接触，对支撑爆炸腔体2起支撑作用。双螺母螺栓包括一个螺钉和两个螺母；多个双螺母螺栓均匀分布在三螺母螺栓之间，且每个双螺母螺栓中的两个螺母分别紧固于第一连接耳和第二连接耳的上表面。堵头螺母13设置在爆炸腔体2侧面的螺纹孔内，并与螺纹孔螺纹配合固连。堵头螺母13的中心沿轴向设置有导线孔，起爆线14的前端与起爆雷管连接，后端通过导线孔引出与起爆器16电连接。

覆土模拟单元包括两端开口的框架结构、填土8、底板9和四个连接板10。框架结构包括两个相对设置的第一挡土板6和两个相对设置的第二挡土板7。两个第一挡土板6和两个第二挡土板7合围固定形成矩形框架结构，并通过四个连接板10固定在爆炸腔体顶部，底板9位于方框结构底部，方框结构内填装填土8，其中，两个第一挡土板6相对设置，第一挡土板6用于连接第二挡土板7的连接孔为螺纹孔，沿面内方向水平设置在侧边，与之对应的第二挡土板7的连接孔为光孔，沿板面外方向设置在边缘处。两个第二挡土板7的内侧面分别设置有沿高度方向的标尺。两个第二挡土板7的上端分别设置有吊装孔。两个第二挡土板7的内侧面靠近下端面位置处分别设置有径向延伸且位于同一水平高度的两个方形挡块，两个第二挡土板7上的四个方形挡块两两相对设置。爆炸腔体2上端的内侧面沿周向设置有台阶结构，台阶面上设置有与框架结构的下端面适配的方形凹槽，框架结构的下端面与方形凹槽槽底密封固连。底板9为金属方板，金属方板边缘固结有耐高温橡胶。底板9的外型结构和尺寸分别与框架结构下端的内型结构和尺寸相适配。底板9放置在两个第二挡土板7的两个挡块上，且基座1上端、爆炸腔体2、底板9和位于底板9以下部分的框架结构形成封闭的爆炸内腔。填土8填装在框架结构内，用于等效模拟大型原位加载实验的顶部覆土。连接板10包括竖板和固连设置在竖板下端的横板；四个连接板10的竖板分别与两个第一挡土板6和两个第二挡土板7的外侧面固连，四个连接板10的横板分别和爆炸腔体2上端四个外沿通过螺钉固连。

起爆测试单元包括压力传感器11、传感器安装座12、起爆线14、数据采集设备15和起爆器16。压力传感器11用于测量爆炸内腔的压力变化。起爆线14前端连接至爆炸源组件的起爆雷管，后端沿爆炸腔体侧边排线至堵头螺母13处，并由堵头螺母13中部的导线孔引出，随后连接至起爆器16；数据采集设备15分别与压力传感器11和起爆器16电连接。传感器安装座12设置在基座1的传感器座安装孔内。传感器安装座12为圆柱状，其中部同轴设置有传感器安装孔和进气孔，进气孔尺寸小于传感器安装孔，进气孔靠近爆炸内腔设置且与爆炸内腔连通，所述压力传感器11的敏感面对应进气孔设置；压力传感器11通过螺纹连接安装在传感器安装座12的传感器安装孔内；进气孔为螺纹孔，用于实验结束后将螺钉拧入进气孔将传感器安装座12从基座1上拔出。

为提高装置密封性，基座1与爆炸腔体2的连接处之间设置有三个第一密封圈，基座1上端外侧壁位于与爆炸腔体2接触位置处沿周向设置有三个密封槽，三个第一密封圈嵌设在三个密封槽内。基座1与传感器安装座12的连接处之间设置有第二密封圈，用于安装第二密封圈的环形密封凹槽设置在传感器安装座12的外侧壁上。框架结构下端面与方形凹槽槽底的连接处之间设置有第三密封圈，用于安装第三密封圈的密封槽设置在方形凹槽槽底。

实验时，通过起爆器16产生起爆信号，并通过起爆线14控制爆炸源组件4起爆雷管起爆并引爆炸药。此过程中，爆炸源组件4将在爆炸空腔内产生高压气体，并推动底板9向上运动，此过程中填土8将被推动压实并向上运动，空腔体积逐渐增大，空腔压力逐渐衰减。其压力衰减波形及起爆时间信号由压力传感器11进行采集并传输至数据采集设备15进行记录保存。

同时，本发明还提供了一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验方法，采用上述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，包括以下步骤：

实验前的检查与准备：

检查调节螺栓组件5、第一挡土板6、底板9、连接板10、压力传感器11、传感器安装座12、堵头螺母13及其他螺纹连接件的宏观形貌及螺纹配合情况，检查密封件是否存在烧蚀及变形异常，对难以装配或变形损坏严重的部件进行更换。将压力传感器11、数据采集设备15、起爆器16进行连接调试，更换功能异常的部件，使用万用表测试起爆线14，保证其正常导通，并采用雷管表测量爆炸源组件4中起爆雷管的电阻，确保其质量可靠。按照待检验实验参数(即原位实验参数)及现场实施环境准备充足的填充材料3、爆炸源组件4和填土8。

S1)根据原位实验要求设计爆炸腔体2与基座1的相对高度位置数据、填土8的填装厚度和炸药量；

S2)将各单元进行组装

组装过程中，调节爆炸腔体2的高度位置，使爆炸内腔的高度与步骤S1)的相对高度位置数据相同；按步骤S1)的炸药量设置爆炸源组件4，采用填充材料3固定爆炸源组件4位置时确保填充材料3完全填充爆炸内腔；将填土8填装入框架结构时按照步骤S1)填装厚度进行填装；同时确保各连接处为密封连接。

步骤S2)具体为：

步骤S2.1：将压力传感器11和传感器安装座12组装，并在传感器安装座12外围装入第二密封圈，随后将基座1侧放，将组装好的压力传感器11和传感器安装座12压入基座1中部的沉头通孔，压力传感器11的信号线从基座1沉头通孔及底部导线槽引出，随后将调节螺栓组件5的螺钉穿入基座1底部的第一连接耳的六边形沉头孔内，随后正放基座1，在其上端的周向密封槽中装入第一密封圈，并将螺母从基座1上表面拧入调节螺栓组件5并拧紧，使螺钉头部完全固定在基座1底部第一连接耳的六边形沉头孔内，随后在基座1四个角点的连接孔处拧入螺母，并将爆炸腔体2中部空腔套装入基座1的上端，并保证调节螺栓组件5的螺钉穿入爆炸腔体2底边第二连接耳的各个连接孔，使爆炸腔体2通过四个角点的螺钉及螺母支撑在基座1上部，随后调节基座1四个角点螺母控制基座1和爆炸腔体2的配合高度，直至内部空腔高度与设计工况一致，随后将螺母从爆炸腔体2第二连接耳的连接孔上表面拧入调节螺栓组件5各个螺钉并拧紧，保证基座1和爆炸腔体2固结可靠，随后将堵头螺母13拧入爆炸腔体2侧面的螺纹孔，并在爆炸腔体2顶部台阶面上表面的方形封凹槽内装入密封圈。

步骤S2.2：裁剪一块厚度约为设计爆炸空腔高度的0.5倍，尺寸与爆炸空腔内部一致的填充材料3，将爆炸源组件4均匀铺设在填充材料3上部，并将起爆雷管连接至起爆线14，起爆线14沿爆炸腔体2侧边排线至堵头螺母13处，并由堵头螺母13中部的导线孔引出，接线完成后，在爆炸源组件4上部再次覆盖一层填充材料3，保证爆炸空腔填充完全。

步骤S2.3：对覆土模拟单元进行组装，首先通过螺钉将连接板10固结在第一挡土板6和第二挡土板7侧边，随后通过螺钉将挡土板相互固结形成方框结构，保证标尺位于方框结构内表面，并在方框结构底部放入底板9，使其支撑在第二挡土板7底部的方形小挡块上，随后将填土8按照设计厚度填装入底板9、第一挡土板6、第二挡土板7形成的空腔内，其厚度通过标尺读取。

步骤S2.4：使用人力或吊机将装土的覆土模拟单元装入爆炸腔体2顶部，并使用螺栓将连接板10固定在爆炸腔体2顶部并压紧爆炸腔体2顶部方的密封圈。

步骤S2.5：将压力传感器11信号线连接至数据采集设备15，将起爆线14连接至起爆器16，并将起爆器16的起爆信号通过信号线连接至数据采集设备15。

S3)启动数据采集设备15提前进行数据采集，随后使用起爆器16控制爆炸源组件4引爆炸药；采用数据采集设备15记录压力传感器11采集的压力衰减波形及起爆器16的起爆时间信号；对采集的压力衰减波形及起爆时间信号进行处理，即可得到包含起爆时间、冲击波到时、压力衰减过程、模拟载荷时程曲线等信息的加载信号，将模拟载荷时程曲线与对应原位实验预期得到的载荷时间历程进行对比，若曲线衰减规律基本一致，且任意时刻模拟载荷时程曲线与对应原位实验预期得到的载荷时间历程差距小于10％，则方案合理；否则不合理；完成地表冲击波环境化爆模拟实验检验。

实验结束后，拆卸各单元，清理干净填土8和爆炸产物，清理完成后，将螺钉拧入传感器安装座12进气孔，通过拉拔螺钉拆出传感器安装座12及压力传感器11，清理压力传感器11及传感器安装座12表面的爆炸燃烧产物，随后拆卸剩余部件，完成装置的清洁。

因为原位实验一般是大面积实验，大面积化爆实验成本高，需要预先进行低成本测试，保证方案的可靠性，防止实验参数设置错误致使实验载荷没有达到预期指标，产生很大的经济损失，因此，本发明提供一种实验室用的化爆模拟实验装置，可以用来模拟大面积加载条件下的炸药阵列起爆效果，提供实验室小型模拟实验验证大面积化爆实验的加载效果，保证原位实验大面积加载方案设计参数能成功模拟设计的目标载荷。本发明的检验方法就是通过本发明中的小型实验实现大型实验(即原位实验)加载结构设计参数，然后将小型实验测试数据和大型实验设计载荷进行对比，如果二者相似或基本一致，这就说明大型实验方案设计是可靠的。

本发明提供的检验方法能通过载荷模拟单元实现大型地表冲击波加载实验设计加载条件的模拟，并通过覆土模拟单元模拟大型地表冲击波加载实验回填介质在爆炸加载下的动态响应过程，起爆过程及模拟载荷数据由起爆测试单元精准控制。通过改变调节加载模拟系统内空腔体积及装药量，可以实现各种化爆模拟实验加载参数的模拟校核工作；通过改变覆土模拟单元内填土类型和厚度，可以实现各种填土环境下化爆模拟实验参数的校核设计；实验筹备、实验实施及测量过程便于控制；本发明结构简单，成本低廉，可重复使用，操作简便。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特征在于：包括载荷模拟单元、覆土模拟单元和起爆测试单元；

所述载荷模拟单元包括基座(1)、两端开口的爆炸腔体(2)、填充材料(3)和爆炸源组件(4)；

所述爆炸源组件(4)包括炸药和起爆雷管；

所述爆炸腔体(2)下部的内型面与基座(1)上部的外型面适配，爆炸腔体(2)下部密封套装在基座(1)上并且可沿基座(1)上下移动，进而调节爆炸腔体(2)与基座(1)的相对高度；

所述覆土模拟单元包括两端开口的框架结构、底板(9)和填土(8)；

所述框架结构的下端与爆炸腔体(2)的上端密封固连；

所述底板(9)密封设置在框架结构内靠近下端面位置，且基座(1)上端、爆炸腔体(2)、底板(9)和框架结构形成封闭的爆炸内腔；

所述爆炸源组件(4)通过填充材料(3)固定在爆炸内腔内，并使爆炸中心点位于爆炸内腔中心位置处；

所述填土(8)填装在框架结构内，用于等效模拟大型原位加载实验的顶部覆土；

所述起爆测试单元包括压力传感器(11)、起爆线(14)、数据采集设备(15)和起爆器(16)；

所述压力传感器(11)用于测量爆炸内腔的压力变化；

所述起爆雷管通过起爆线(14)与起爆器(16)电连接；

所述数据采集设备(15)分别与压力传感器(11)和起爆器(16)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特征在于：

所述载荷模拟单元还包括调节螺栓组件(5)，调节螺栓组件(5)用于支撑爆炸腔体(2)以及调节爆炸腔体(2)与基座(1)的相对高度；

所述基座(1)的下端沿周向设置有向外延伸的第一连接耳；

所述爆炸腔体(2)的下端设置有与第一连接耳对应的第二连接耳；

所述两个第一连接耳与对应的第二连接耳通过调节螺栓组件(5)连接。

3.根据权利要求2所述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特征在于：

所述调节螺栓组件(5)包括多个双螺母螺栓和四个三螺母螺栓；

所述四个三螺母螺栓分别分布在两个第一连接耳和对应第二连接耳的角部，每个三螺母螺栓依次穿过第一连接耳的角部和对应的第二连接耳角部紧固，且三螺母螺栓的中间螺母上端面与第二连接耳角部的下端面接触，用于支撑爆炸腔体(2)；

所述多个双螺母螺栓均匀分布三螺母螺栓之间，每个双螺母螺栓依次穿过第一连接耳和对应的第二连接耳紧固。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特征在于：

所述起爆测试单元还包括传感器安装座(12)；

所述传感器安装座(12)设置在基座(1)的上端；

所述压力传感器(11)安装在传感器安装座(12)上。

5.根据权利要求4所述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特征在于：

所述载荷模拟单元还包括堵头螺母(13)；

所述爆炸腔体(2)的侧面设置有螺纹孔；

所述堵头螺母(13)固连在爆炸腔体(2)侧面的螺纹孔内；

所述堵头螺母(13)的中心沿轴向设置有导线孔，所述起爆线(14)的前端与爆炸源组件(4)连接，后端通过导线孔引出与起爆器(16)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特征在于：

所述基座(1)的中心设置有贯通上下且同轴的台阶孔，台阶孔的大端位于上方，台阶孔的大端为传感器座安装孔，小端为引线孔；

所述传感器座安装孔的内径与传感器安装座(12)外径尺寸适配，传感器安装座(12)设置在传感器座安装孔内；

所述基座(1)的底面开设有从引线孔下端到基座(1)边部的引线槽；

所述压力传感器(11)的信号传输线沿引线孔和引线槽引出与数据采集设备(15)电连接。

7.根据权利要求6所述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特征在于：

所述框架结构的内侧面设置有沿高度方向的标尺；

所述爆炸腔体(2)上端的内侧面沿周向设置有台阶结构，台阶面上设置有与框架结构的下端面适配的方形凹槽，所述框架结构的下端面与方形凹槽槽底密封固连；

所述基座(1)与爆炸腔体(2)的连接处之间设置有多个第一密封圈；

所述基座(1)与传感器安装座(12)的连接处之间设置有第二密封圈；

所述框架结构下端面与方形凹槽槽底的连接处之间设置有第三密封圈；

所述框架结构的内侧面靠近下端面位置处设置有径向延伸且位于同一水平高度的多个挡块，所述底板(9)放置在多个挡块上。

8.根据权利要求7所述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特征在于：

所述框架结构包括两个相对设置的第一挡土板(6)和两个相对设置的第二挡土板(7)，两个第一挡土板(6)和两个第二挡土板(7)合围固定形成矩形框架结构；

所述标尺设置在两个第二挡土板(7)的内侧面，所述多个挡块设置在两个第二挡土板(7)下端的内侧面和/或两个第一挡土板(6)下端的内侧面挡块；两个所述第二挡土板(7)的上端分别设置有吊装孔；

所述底板(9)为金属方板，金属方板边缘固结有耐高温橡胶；

所述传感器安装座(12)中部同轴设置有传感器安装孔和进气孔，进气孔尺寸小于传感器安装孔；所述进气孔靠近爆炸内腔设置且与爆炸内腔连通，所述压力传感器(11)的敏感面对应进气孔设置；

所述进气孔为螺纹孔，用于实验结束后将螺钉拧入进气孔将传感器安装座(12)从基座(1)上拔出。

9.根据权利要求8所述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特征在于：

所述覆土模拟单元还包括四个连接板(10)；

所述连接板(10)包括竖板和固连设置在竖板下端的横板；所述四个竖板分别与两个第一挡土板(6)和两个第二挡土板(7)的外侧面固连；

所述爆炸腔体(2)上端设置有与四个横板对应的外沿，四个横板和爆炸腔体(2)上端四个外沿通过螺钉固连。

10.一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验方法，基于权利要求1至9中任一所述的一种地表冲击波环境化爆模拟实验检验装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1)根据原位实验要求设计爆炸腔体(2)与基座(1)的相对高度位置数据、填土(8)的填装厚度和炸药量；

S2)将各单元进行组装

根据步骤S1)中相对高度位置数据调节爆炸腔体(2)的高度位置；根据炸药量设置爆炸源组件(4)，采用填充材料(3)固定爆炸源组件(4)位置；按照填装厚度将填土(8)填装入框架结构；

S3)启动数据采集设备(15)，随后使用起爆器(16)控制起爆雷管引爆炸药；采用数据采集设备(15)记录压力传感器(11)采集的压力衰减波形及起爆器(16)的起爆时间信号；对采集的压力衰减波形及起爆时间信号进行处理，得到模拟载荷时程曲线，将模拟载荷时程曲线与对应原位实验预期得到的载荷时间历程进行对比，若曲线衰减规律一致，且任意时刻模拟载荷时程曲线与对应原位实验预期得到的载荷时间历程差距小于10％，则方案合理；否则不合理；完成地表冲击波环境化爆模拟实验检验。